電動汽車充電站規劃與收益

(1.山東科技大學交通學院 山東 青島 266590；2.青島理工大學汽車與交通學院 山東 青島 266590)

電動汽車充電站規劃與收益

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(1.山東科技大學交通學院山東青島266590；2.青島理工大學汽車與交通學院山東青島266590)

電動汽車的發展需要合理規劃的充電站與之匹配，充電站是電動汽車在城市間行駛的保證。采用蒙特卡羅方法模擬大量電動汽車的充電行為，以充電站配電系統網損最小、以及俘獲的交通流量最大為目標，建立了充電站最優規劃的一個多目標決策模型，接著采用層析分析法，確定歸一化后各個目標函數合理的權重系數，把多目標優化問題轉成單目標優化問題。最后求解該單目標優化模型，確定充電站的候選地址和容量。提高充電站經濟效益是運營商需要考慮的一個重要問題，充電站通過相關的技術改造，可以實現V2G功能，向電網反向送電，實現收益最大化。

電動汽車；交通流量；充電站規劃；充電站收益

一、引言

近年來，黨和國家日益重視科學發展，原來以破壞環境換取經濟增長的發展模式日漸被科學發展觀所取代，建設資源節約型、環境友好型社會已成為國家一項發展戰略。隨著科技的不斷成熟，制約新能源電動汽車的關鍵技術已經被攻破，電動汽車整車控制系統及電池管理系統成功應用于實際。關于新能源汽車的研究，我國發布《關于“十三五”新能源汽車充電基礎設施獎勵政策及加強新能源汽車推廣應用的通知》，給予了必要的重視，同時取得了長足發展。在“十五”期間，電動汽車就列入了國家“863”計劃科技重大專項。

二、意義

隨著國家對新能源汽車充電設施產業發展政策扶持力度加碼，各地政府逐步加快了充電設施建設規劃。我國將2020年新能源汽車保有量目標設定為500萬輛，配套設施充電樁將計劃建設480萬個、充電站1.2萬座。而據相關數據顯示，截止今年3月份，我國充電樁保有量估算為6.3萬個。充電站約2350座。顯示與目標的懸殊差距意味著，充電樁建設在未來幾十年將駛入快車道。電動汽車充電站的布局要滿足城市的總體規劃、電網規劃、用戶的分布和需求，以及建設和運營成本，然而，當前充電站的建設存在著土地、成本、服務能力、使用便捷程度等多方面問題[1]。

三、充電站的規劃

為了滿足電動汽車用戶充電負荷，規劃區域內的充電站額定容量應不小于電動汽車的最大充電負荷需求。考慮到在沒有經濟等相關手段引導下，車主會根據自己的使用習慣充電，充電負荷具有很大的隨機性，采用蒙特卡羅方法模擬大量電動汽車的充電行為[2]。

確定規劃區內的最大充電負荷后，綜合考慮充電站的普通用電設施和城市交通公共服務設施的雙重屬性，以充電站配電系統網損最小、以及俘獲的交通流量最大為目標，建立了充電站最優規劃的一個多目標決策模型：

(一)目標函數

1.交通流量最大

maxf1=[∑q∈Qfqyq]

(1)

fq=WOWD/(dq×1.5)

(2)

式中：q為電動汽車從出發地O到達目的地D之間的最短路徑；Q為最短路徑的全集，假設交通網絡系統中有n個節點，考慮到對稱性，且不考慮環路，則共有n(n-1)/2條最短路徑；fq為路徑q上的交通流量；WO為路徑q起點O的權重；WD為重點D的權重；dq為路徑q的長度；yq表示路徑q上的交通流量是否被俘獲，如果是，則為1，否則為0.

2.配電系統網損最小

(3)

(二)約束條件

1.充電站帶負荷能力約束

(4)

式中：Wmax為綜合考慮了車主出行特征，以及電動汽車數量、電池容量等因素計算得出的最大充電負荷需求；m為充電站的種類。

2.充電站建設個數限制

考慮到城市土地資源一般比較緊張，為了避免資源閑置所引起的浪費，應限制規劃區內充電站個數：

(5)

式中：M為允許建設的充電站個數。

3.現實中一個節點最多只能建設一種類型充電站

(6)

接著采用層析分析法，確定歸一化后各個目標函數合理的權重系數，把多目標優化問題轉成單目標優化問題。最后求解該單目標優化模型，確定充電站的候選地址和容量。

四、充電站收益

提高充電站經濟效益是運營商需要考慮的一個重要問題，充電站通過相關的技術改造，可以實現V2G功能，向電網反向送電，充電站也可以因此獲得一筆可觀收益。本文對充電站運營模式進行了研究，對比了幾種不同的充電站運營模式的優缺點，并以滿足車主使用需求為前提，充電站運營經濟效益的最大化為目標，構建了充電站內電動汽車優化充放電模型，以期通過合理安排電動汽車充放電實現充電站收益最大化。

五、結束語

電動汽車充電站是電動汽車能源補給的基礎設施，所以對充電站的規劃建設是電動汽車得到普及的重要前提[4]。現有的相關文獻多數將充(換)電站作普通的用電設施進行規劃，而忽視了其公共服務性的特性。事實上，電動汽車充電站具有兩方面屬性。首先，充電站是一種城市交通公共服務設施，其功能類似于加油站，都是為車輛提供服務；其次，充電站是一種用電設施，其規劃建設要考慮對電網系統諸多方面的影響。因此，如何在滿足相關約束條件的情況下，充電站能夠為更多的車主提供便利服務，就是一個亟待解決的問題。

電動汽車充電站能夠為電動汽車提供充電、維修等服務，是發展電動汽車產業所必須的配套設施。電動汽車充電站的規劃卻不同，不僅要考慮服務范圍和規模，還要考慮用戶充電的便捷。充電站布局規劃的模型和計算方法尚不成熟[3]。

[1]中國投資資訊網；

[2]王輝.電動汽車充電站規劃與運營研究[D].浙江大學,2013.

[3]熊虎,向鐵元,祝勇剛,宋旭東,陳浩,陳紅坤.電動汽車公共充電站布局的最優規劃[J].電力系統自動化,2012,36(23):65-70.[2017-09-09].

[4]何戰勇.電動汽車充電站規劃方法及運營模式研究[D].北京交通大學,2012.

鄒亞男(1991-)，女，漢族，山東省青島市黃島區，山東科技大學交通學院,碩士研究生,交通運輸工程專業。